基于LCA碳总排放量的大型工业园区综合能源供应系统多目标优化

大型工业园区碳集中排放是导致环境恶化的重要原因之一。本文提出大型工业园区综合能源供应系统模型,包含能源输入、能源转换、能源存储三个模块,通过能源转换降低传统能源使用比例,为园区提供电、热、冷、气四种所需负荷。基于生命周期计算设备和能源的碳排放量,通过碳捕集技术对既有碳排放进行消纳,并将经济成本、碳排总放量和清洁能源利用率作为目标函数,利用ISSA算法对工业园区综合能源供应系统进行优化配置。算例结果表明,引入储能系统和P2G系统后,园区能源系统的清洁能源使用比例是之前的3.92倍,单位用电量下碳排放系数降低30.2%,综合单位电价降低0.38元,证明综合能源供应系统在满足园区能源需求的同时也可以降低碳排放量和经济投入。     

考虑光热电站和柔性负荷的电氢热综合能源系统联合优化运行

为解决现有综合能源系统运行灵活性差及风、光消纳难的问题,同时充分利用氢能实现碳减排目标,本文提出一种考虑光热电站和柔性负荷的电氢热综合能源系统联合优化运行方法。首先,基于光热电站和含电转氢余热利用的氢能系统模型构建电氢热综合能源系统。其次,考虑需求侧电氢热柔性负荷的特征和调节价值,构建含可平移、可转移、可削减负荷的电氢热柔性负荷模型。然后,进一步构建考虑电氢热柔性负荷调节特性的电氢热综合能源系统联合优化运行模型。最后,通过算例仿真验证所提方法能够兼顾经济运行与低碳效果,不仅可以提高光热电站与氢能系统的联合运行能力,而且能够有效提升系统运行的经济性和低碳性,电、氢、热负荷峰谷差分别降低6.68%、11.95%、8.35%,系统运行总成本降低24.4%。     

风电-光伏-电制氢-抽蓄零碳电力系统短期生产模拟模型

为实现碳达峰碳中和目标，构建以新能源为主体、以能源供给清洁化和能源消费电气化为特征的新型电力系统迫在眉睫.考虑风力发电、光伏发电的间歇性和随机性，以及抽蓄电站、电制氢的储能特性和灵活性特点，基于随机规划理论提出一种风电-光伏-电制氢-抽蓄零碳电力系统短期生产模拟模型.在满足柔性氢负荷总量需求的基础上，以绿电上网电量最大为目标，对风电-光伏-电制氢-抽蓄零碳电力系统进行短期生产模拟，包括日前发电-制氢计划、备用容量、抽水蓄能-放水发电功率、弃风光等.以我国张北风电-光伏-电制氢-抽蓄零碳电力系统示范工程为例，设置多个运行情景对所提模型进行模拟仿真.仿真结果表明：该模型能够有效模拟系统在任意风光出力场景集下的绿电上网计划情况，柔性氢负荷、抽蓄电站能有效促进风光消纳，增加系统综合效益.     

考虑电储能设备碳排放的综合能源系统低碳经济运行

为了减少综合能源系统发电过程中产生的碳排放造成的环境污染,必须提升综合能源系统的经济效益.除各发电机组设备存在大量碳排放外,电储能设备的间接使用过程中也存在较大的碳排放,应当计量在系统碳排放中.研究基于含电气热冷负荷需求的综合能源系统,分析系统中各机组设备的碳排放量,并运用生命周期分析方法,分析系统中电储能设备产生的碳排放,在系统经济运行模型中考虑碳交易机制,通过改进的鲸鱼优化算法对模型进行求解.在保证系统负荷需求的前提下,对根据是否计及电储能设备碳排放情况下的综合能源系统各机组出力情况对比分析.结果表明,在低碳权重作用大时,计及电储能设备碳排放能够有效降低综合能源系统运行成本,同时减少碳排放总量.     

电氢混合储能微电网容量配置优化的研究综述

微电网技术发展日益成熟,储能装置的合理配置是解决分布式电源存在随机性与间歇性等问题的主要方式之一,而良好的微电网复合储能容量优化配置方法可以保证微电网经济可靠运行。近几年兴起的氢储能具有清洁、容量大的优势,且对于“碳中和”、“碳排放”具有重要意义,氢能开发与利用已成为世界上许多国家能源体系中的重要组成部分。储能是构建新能源微电网的基础,但单一储能已经无法满足当前微网快速发展条件下的运行要求,因此混合储能的容量配置是目前研究的重点。本文以包含氢储能的混合储能微电网作为基本结构,介绍微电网各组成部分的数学模型和相关研究,对比氢储能和其他储能;阐述储能容量配置目前的研究现状以及存在的相关问题;对氢储能未来其他研究方向和创新进行展望。     

考虑冷热电三联供系统耦合特性的区域综合能源系统运行优化

为了加快实现双碳目标,提高能源利用效率、减少碳排放量,本文通过选取关键供能设备 冷热电三联供系统 （combined cooling heating and power system,CCHP）构建综合能源系统模型,并利用改进的二代非支配排序遗传算法（non-dominated sorting genetic algorithm-II,NSGA-Ⅱ）研究了引入该设备后园区整体运行方式和运作效率的改变。结果表明：CCHP 设备可通过其强耦合特性实现供能侧设备的多能互补和能量梯级利用;可见通过引入 CCHP 过后,可大大提高综合能源系统的运行效率,在减少运行成本的同时相对控制碳排放量的释放,提高系统总体效益。     

基于预测控制的冷、热、电联产型微电网能量管理

由于可再生能源出力特性和微电网运行约束等限制,如何进一步提高微电网中可再生能源消纳量已成为研究热点。本文在冷、热、电联产型微电网中引入用于提高可再生能源消纳量并承担部分热、冷负荷的电锅炉、吸收式制冷机和压缩式电制冷机装置,提出了基于预测控制的微电网能量管理方法。综合考虑网内各单元的工作特性,建立满足实际运行约束的冷、热、电联产型微电网能量管理模型。在孤网运行模式下,兼顾储能装置容量期望以及各单元运行特性,构建微电网能量管理优化目标。利用预测控制滚动优化策略以及可再生能源输出和冷、热、电负荷需求的预测结果,建立带有逻辑变量的有限时域优化问题,实现基于预测控制的微电网最优能量管理。仿真结果表明:引入电锅炉、吸收式制冷机和压缩式电制冷机装置可以达到提高微电网中可再生能源的消纳量、减少燃料消耗、降低运行成本的目的,预测控制中的滚动优化策略能够有效消除可再生能源输出的不确定性和冷、热、电负荷需求波动性带来的影响。     

考虑电力弹簧的电氢微网系统容量优化配置

由于风机和光伏出力的随机性和波动性以及微电网系统拓扑结构的复杂性,对系统容量优化问题带来了很大的挑战。为了提升可微网经济性和再生能源的消纳能力。在新能源余电制氢的基础上,本文提出了一种考虑电力弹簧的电氢微网系统容量优化配置研究方法。首先建立了风、光、氢及电力弹簧的数学模型,然后提出相应的能量控制策略,最后设置以全寿命周期成本和能源浪费率最低作为目标函数,采用改进NSGA-Ⅱ算法对方案进行配置。为验证方案可行性,结合某地具体数据,寻求最优配置方案。对配置结果分析表明在电氢微网中加入电力弹簧装置后可有效提高风光资源利用率并降低储能成本,进一步提高了所配置微网系统的经济性,为微网容量优化提供新思路。     

可再生能源制氢系统多目标优化调度

随着碳达峰碳中和的推行,氢能在能源去碳化进程中扮演着重要的地位。利用可再生能源制氢可以进一步实现能源低碳化。针对可再生能源系统稳定性较弱的缺点,将系统收益和环境成本这一对相互矛盾的目标进行折中考虑,提出使用多目标金鹰算法(multi-objective golden eagle algorithm, MOGEO)对可再生能源制氢系统运行优化求解帕累托最优解集。为验证该方法的可行性,以冬奥场馆所在地的典型日为例,分别与商业求解器CPLEX及传统的多目标粒子群算法(multi-objective particle swarm optimization, MOPSO)进行对比,结果表明所提方法可以取得更好的优化结果。     

基于改进的模拟退火-粒子群算法的区域综合能源系统经济性运行

为了缓解当前化石能源使用危机的问题,在考虑了储冷、储热和储电设备的基础上,本文构建了RIES的经济性模型。将天然气购买的成本、购电成本和设备运行成本之和作为目标函数,将系统综合运行成本考虑的更为周全,约束条件中不仅包括各设备的能量交互损耗、储能设备的功率和容量约束,还引入了重要负荷备用,提高了RIES的供电可靠性。利用改进的模拟退火-粒子群算法对所提模型进行求解,大大加快了求解算法的收敛速度。案例分析表明,本文所提出的求解算法求解速度更快,进一步减少了系统综合运行成本。     

Upgradation of bauxite by molecular hydrogen and hydrogen plasma

An approach was developed to upgrade the bauxite ore by molecular hydrogen and hydrogen plasma. A gibbsite-type bauxite sample was obtained from National Aluminium Company (NALCO), Odisha, India. The obtained sample was crushed and sieved (to 100 μm) prior to the chemical analysis and grain-size distribution study. The bauxite sample was calcined in the temperature range from 500 to 700°C for different time intervals to optimize the conditions for maximum moisture removal. This process was followed by the reduction of the calcined ore by molecular hydrogen and hydrogen plasma. Extraction of alumina from the reduced ore was carried out via acid leaching in chloride media for 2 h at 60°C. X-ray diffraction, scanning electron microscopy, thermogravimetry in conjunction with differential scanning calorimetry, and Fourier transform infrared spectroscopy were used to determine the physicochemical characteristics of the material before and after extraction. Alumina extracted from the reduced ore at the optimum calcination temperature of 700°C and the optimum calcination time of 4 h is found to be 90% pure.     

硫化氢环境下氢扩散的影响因素

采用典型的电化学渗氢装置,对材料的化学成分、焊接和环境中CO2和NH4 的质量浓度、溶液的pH值对硫化氢应力腐蚀开裂中氢扩散行为的影响进行了研究.结果表明:金属中夹杂物数量、焊缝金属中空位和焊接缺陷使得氢扩散系数增加;在硫化氢环境中,氢扩散稳态电流随pH值的增加而降低,随着NH4 的质量浓度的增加而增加,且增加幅度随着pH值的增加而加大;CO2的质量浓度对氢稳态扩散电流的影响是随着pH值的变化而起着不同的作用,在低pH值条件下氢稳态扩散电流随着CO2的质量浓度增加而增加,在较高的pH值中氢稳态扩散电流随着CO2的质量浓度增加而减小.     

氢爆碎工艺中的吸氢和放氢现象

研究了氢爆碎 (hydrogen decrepitation,HD)过程中不同合金及合金表面状态的吸氢速率和吸氢量 ,并采用 X射线衍射、扫描电镜等手段研究 HD粉加热去氢过程中放氢规律和粉体微观形貌的变化。结果表明氢爆碎的吸氢速度和吸氢量与钕铁硼合金铸锭表面的活性有关 ,表面新鲜、活性大的合金铸锭氢爆碎的时间短、效率高。合金中存在足够的富 Nd相 ,是室温氢爆碎过程得以进行的前提条件。将 HD粉加热处理时 ,随加热温度的升高 ,氢不断释放出来 ,到10 73K时磁粉中氢的质量分数已降低到 1.5× 10 - 5,氢气基本释放。生产中可以将 HD粉经 5 2 3～ 72 3K加热放氢 1h后再进行磁场成型 ,以减少氢气对 HD粉体成型取向度的影响     

氢能供应链中最佳运氢方式的选择

氢的运输在整个氢能供应链的经济、能耗和排放性能中占有很大比重。该文通过设计以运氢规模和运输距离为特征参数的"点对点"运输情景,对比分析了3种运氢方式(气氢拖车、气氢管道和液氢罐车)在不同情景参数下的成本、能耗和CO2排放特性。分析结果表明不同运氢方式适合不同的运输情景:在以经济性为主要评价指标的前提下,气氢拖车方式适合小规模、短距离运输;气氢管道方式适合大规模、中短距离运输;液氢罐车方式适合长距离运输。     

从炼厂酸性气中回收氢气和硫磺的实验研究

利用氧化还原反应和电解反应构成的双反应工艺 ,对炼油厂含硫化氢的酸性气进行处理 ,回收氢气和硫磺。考察了液相流量、液相中Fe3 + 的浓度及气相流量对硫化氢吸收传质速率的影响 ,并对双反应工艺的稳定运转进行了实验验证。实验结果表明 ,该工艺过程可行 ,在适宜的操作条件下 ,硫化氢的吸收率可达 99.9%以上     

从炼厂酸性气体中回收氢气和硫磺的实验研究

利用氧化还原反应和电解反应构成的双反应工艺,对炼油厂含硫化氢的酸性气体进行处理,回收氢气和硫磺,考察了液相流量,液相中Fe^3 的浓度及气相流量对硫化氢吸收传质速率的影响,并对双反应工艺的稳定运转进行了实验验证。实验结果表明,该工艺过程可行,在适宜的操作条件下,硫化氢的吸收率可达99．9％以上。     

Influence of heat exchanger structure on hydrogen absorption-desorption performance of hydrogen storage vessel

The influence of heat exchanger structure on hydrogen absorption-desorption performance of hydrogen storage vessel was studied, in which the AB₅ (La_0.25Ce_0.75Ni_4.4Al_0.1Mn_0.1Co_0.4) hydrogen storage alloy was used as a typical representative. In order to obtain the data on reaction enthalpy, the PCT curve of the alloy was measured with three different temperatures, and the linear fitting was carried out according to the Van't Hoff relation curve. The SMCR (Spiral-mini-channel Reactor) reactor structure was adopted. The heat transfer method and its simplified model were studied by finite element method to explore the effect of size of heat transfer structure, particularly for heat pipe diameter, on the hydrogen absorption-desorption performance of hydrogen storage alloy in the vessel.     

Optical studies of solid hydrogen to 320 GPa and evidence for black hydrogen

The quest for metallic hydrogen at high pressures represents a longstanding problem in condensed matter physics. Recent calculations have predicted that solid hydrogen should become a molecular metal at pressures above 300 GPa, before transforming into an alkali metal; but the strong quantum nature of the problem makes the predictions difficult. Over a decade ago, an optical study of hydrogen was made using a diamond anvil cell to reach 250 GPa. However, despite many subsequent efforts, quantitative studies at higher pressures have proved difficult and their conclusions controversial. Here we report optical measurements of solid hydrogen up to a pressure of 320 GPa at 100 K. The vibron signature of the H2 molecule persists to at least 316 GPa; no structural changes are detected above 160 GPa, and solid hydrogen is observed to turn completely opaque at 320 GPa. We measure the absorption edge of hydrogen above 300 GPa, observing features characteristic of a direct electronic bandgap. This is at odds with the most recent theoretical calculations that predict much larger direct transition energies and the closure of an indirect gap. We predict that metal hydrogen should be observed at about 450 GPa when the direct gap closes.     

硫化氢间接电解制氢电极材料性能研究

研究了硫化氢间接电解制氢过程中电极材料的性能，考察了不同阴极材料上镀铂厚度、镀铂方式对电极电化学性能的影响，并对阳极材料进行了筛选。实验结果表明，石墨可以作为电解反应器的阳极材料；阴极材料选择石墨载体上离子溅射镀铂，铂层厚度为0．01μm时具有较好的综合性能，但考虑电解反应器的能耗及镀铂成本，阴极可采用无镀层的石墨材料。